В настоящее время в энергетической отрасли наиболее популярным методом является хранение энергии.
Более десятка провинций, включая Шаньдун, Шаньси, Синьцзян, Внутреннюю Монголию, Аньхой и Тибет, издали документы, требующие оснащения солнечных и ветровых электростанций системами хранения энергии.
Хотя энергетическая отрасль давно признала, что «накопители энергии являются эффективным решением проблемы нестабильности и изменчивости солнечной и ветровой энергии, способствуют повышению энергоэффективности и сокращению ограничений», значительное снижение цен делает это преимущество еще более очевидным, но из-за технологических и финансовых ограничений их использование было «отвергнуто». Сегодня же официально признанный коллективный выбор наконец-то заставляет производителей накопителей энергии гордиться собой.
Но если мы хотим, чтобы системы хранения энергии совершили впечатляющий переход от «вишенки на торте» к «тому, что нужно рынку», нам потребуется не только более четкая и сильная политическая поддержка, но и одновременно содействие развитию индустрии оптических накопителей за счет технологических и продуктовых инноваций. Как лучше всего это сочетать? Каковы вызовы конвергенции? На все эти вопросы необходимо ответить.
1. Каковы типичные сценарии работы системы?
В настоящее время на рынке представлены в основном схемы.
Схема подключения к сети переменного тока подразумевает подключение фотоэлектрических элементов и накопителей энергии к сети переменного тока. Система накопления энергии может быть подключена к низковольтной стороне, а также к шине 10–35 кВ. Эта схема подходит для крупных электростанций с оптическим накопителем энергии, централизованного размещения системы накопления энергии, упрощения управления и диспетчеризации энергосистемы.
Схема подключения к постоянному току подразумевает подключение системы накопления энергии к источнику постоянного тока, что обеспечивает меньшее количество звеньев преобразования энергии между двумя системами, низкие потери энергии и меньшие инвестиции в оборудование. В этом сценарии солнечный инвертор должен будет предусмотреть интерфейс для подключения системы накопления энергии.
2. Как добиться интегрирования 1 + 1 > 2?
Существуют решения, основанные на термоядерном синтезе, но для достижения эффекта 1 + 1 > 2 это непросто.
Технология оптического слияния — более сложная технология. Интеграционная система должна обеспечивать безопасную и стабильную работу фотоэлектрических систем, систем хранения энергии и электросетей, а также преодолевать барьеры между аппаратным, программным и системным уровнями.
В системах оптического хранения данных используется множество устройств, что требует решения проблемы совместимости интерфейсов между аппаратным и программным обеспечением. Оборудование часто производится разными производителями, что увеличивает сложность и стоимость проектирования энергосистемы, закупки оборудования, эксплуатации и технического обслуживания. И самое главное, интерфейсы связи между различными устройствами различаются, поэтому интеграторам необходимо разбираться в различных протоколах и интерфейсах.
Таким образом, оптическое термоядерное синтезирование — это не просто физическое сочетание фотоэлектрического оборудования и оборудования для хранения энергии, а использование технологии глубокого термоядерного синтеза для достижения эффекта 1 + 1 > 2. Это в значительной степени проверяет интеграционные возможности интегратора.
3. Нарушение отраслевой интеграции возникло в результате конкуренции низких цен.
Системная интеграция является ключевым фактором при создании электростанций с оптическим хранением энергии, однако в отечественной сфере интеграции существует множество проблем.
С одной стороны, предприятий, обладающих интегрированными возможностями в области оптических систем хранения энергии, не так уж много. Будь то конвергенция технологий или конвергенция бизнес-моделей, сфера хранения энергии в нашей стране все еще находится на ранних этапах промышленного развития. Многие предприятия сильны в отдельных областях, таких как солнечные инверторы, аккумуляторные батареи, системы управления питанием (PCS), системы управления энергопотреблением (EMS) и т. д., но лишь немногие компании имеют интегрированные системы оптического хранения энергии.
С другой стороны, ценовые торги становятся все более жесткими, предприятия ограничены низкими затратами. В настоящее время тендерная цена на системы хранения энергии на внутреннем рынке снизилась с 2,15 юаня/Втч (цена EPC) до 1,699 юаня/Втч (цена EPC), что значительно ниже признанной в отрасли себестоимости.
Различные сценарии предъявляют разные требования к системам хранения энергии, и поскольку единого стандарта для проектирования и оценки стоимости таких систем не существует, это легко может привести к образованию «серой зоны».
«Сейчас компании участвуют в тендерах на поставку батарей, и стандарт составляет 6000 циклов. В отрасли нет единого стандарта оценки. Некоторые производители участвуют в тендерах на проекты с батареями, рассчитанными на менее чем 3000 циклов, по низким ценам. Конечно, мы не можем конкурировать с ними по цене», — беспомощно заметил один из ведущих специалистов в области хранения энергии.
«Конечно, наиболее важным аспектом интеграции системы хранения энергии является управление безопасностью на стороне постоянного тока, то есть управление безопасностью аккумуляторной системы, что требует очень полного проектирования системы защиты», — продолжил источник. Элементы, модули, аккумуляторные блоки, управление аккумуляторной системой — все четыре уровня взаимосвязаны, поэтому хорошее проектирование системы защиты позволяет отслеживать их рабочее состояние в режиме реального времени, обеспечивает раннее предупреждение о неисправностях, а в случае возникновения неисправности позволяет реализовать поэтапную защиту и быструю синхронную защиту.
В противном случае, мелкие неполадки легко могут перерасти в большие проблемы. За последние годы в Южной Корее произошло более 30 пожаров, большинство из которых стали следствием дефектов конструкции электросистем и сбоев в работе систем защиты.
На этом испытания не заканчиваются, существуют проблемы со сроком службы батарей, необходимо разработать систему контроля температуры накопителя энергии. Строгое тепловое моделирование и экспериментальная проверка, проектирование воздуховодов контейнеров для хранения энергии, конфигурация питания системы кондиционирования воздуха и так далее — эти звенья, если их не контролировать и не проектировать должным образом, легко могут привести к температурному дисбалансу литиевых батарей внутри контейнера и усугубить нестабильность элементов.
Автор столкнулся с системой хранения энергии 4H, в которой разница температур элементов достигала 22℃, что не только серьезно влияло на срок службы батареи, но и повышало риск эксплуатации электростанции, использующей систему хранения энергии.
4. Как можно эффективно управлять системами хранения энергии?
Начиная с выбора схемы и заканчивая системной интеграцией, безопасная эксплуатация и оптимальная эффективность всей системы хранения энергии тесно связаны с функционированием и управлением всей системой.
По сравнению с традиционным экономическим режимом диспетчеризации электростанции, при диспетчеризации системы генерации электроэнергии с оптическим накопителем энергии необходимо в полной мере учитывать эффективное управление батареями и преобразователями в энергосистеме с накопителями энергии. Таким образом, можно повысить безопасность и экономичность всей электростанции.
Именно здесь проявляется важность системы управления энергией (EMS), интеллектуального «мозга» оптической системы хранения энергии. Как работает система хранения энергии с фотоэлектрическими системами и электросетями? Насколько сильно должна заряжаться сама батарея, как её заряжать, как обеспечить безопасность? Для всего этого необходим набор интеллектуальных и эффективных систем управления энергией для интегрированного управления.
Рассмотрим в качестве примера сглаживание фотоэлектрической системы. Система хранения энергии может быть основана на управлении сглаживанием выходного сигнала фотоэлектрической системы, задан параметр сглаживания, система управления энергопотреблением (EMS) использует этот параметр в качестве цели управления, к системе хранения энергии применяется управление быстрым зарядом и разрядом, так что выходная мощность системы генерации электроэнергии находится в диапазоне заданной скорости изменения.
В настоящее время наиболее зрелой практикой в отрасли является использование интеллектуальных систем управления энергоснабжением (EMS), основанных на прогнозировании мощности фотоэлектрических систем и характеристиках миллисекундного отклика накопителей энергии, для обеспечения плавного управления фотоэлектрическими системами, снижения воздействия на энергосеть, повышения стабильности и надежности работы энергосистемы. Одновременно с этим, был создан механизм быстрой связи между системами управления батареями (BMS), системами управления питанием (PCS) и EMS с миллисекундным откликом для защиты батареи и всей системы.
Кроме того, передовая интеллектуальная система EMS также обеспечивает многоэнергетическое цифровое интегрированное управление, всестороннее покрытие волос, передачу и распределение излучения во всей области применения.
